一种环形悬臂梁压电检波器机芯制造技术

本发明专利技术提供一种环形悬臂梁压电检波器机芯,包括中心轴及安装在中心轴的径向外周表面上的基片，基片上安装有压电晶片，压电晶片上引出输出导线以进行信号的输出；基片的远离中心轴端连接有质量体；质量体的重心通过中心轴的中轴线；基片的顶面垂直于中心轴的中轴线。本发明专利技术环形悬臂梁压电检波器具有机芯谐振频率低、压电晶体易弯曲、易接收低频率的信号的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种环形悬臂梁压电检波器机芯
本专利技术涉及地震勘探领域，更具体地说，涉及一种环形悬臂梁压电检波器机芯。
技术介绍
地震检波器是把人为激发震源的直达波或各地层的反射波转换成电信号，然后输入到地震仪器的一种应用于地质勘探及工程测量领域的专用传感器。按工作原理上可分为磁电式、涡流式、和压电式等检波器。按应用环境可分为陆地勘探地震检波器、应用于江河湖海中勘探的水中地震检波器、应用于地震测井中的井中地震检波器。按能量转换机制分为速度型检波器和加速度型检波器两种。从勘探方法上可以分为纵波检波器也称垂直检波器，和横波检波器也称水平检波器以及三分量检波器。此外，地震检波器还可分为有源检波器和无源检波器。传统的机械动圈式与涡流检波器都属于无源类检波器，而压电检波器属于有源类检波器。目前，国内应用最广泛的还是传统的模拟地震检波器，这种地震波传感装置输出的是模拟信号，陆地上主要使用常规或者超级速度型检波器。这类检波器基本上都是磁电式检波器、涡流式检波器，他们的内部构造都是由永久磁铁和线圈构成，基本上都是应用电磁感应原理，通过线圈和永久磁铁的相互作用从而达到地震勘探的目的。这些检波器内部有线圈这样的高度弹性结构，各部件间容易发生较大的相对运动产生形变，所以波形容易产生形变，进而造成信号失真，并且由于永久磁铁的性能会发生变化且磁性会随着时间而消退，其寿命都不长而且易受到环境的影响，稳定性低，从而不能满足高精度和高分辨率的地震勘探要求。作为第一步地震信号采集工序，这种检波器装置不能得到较好的原始地震信号，直接影响到了采集地震数据的质量，限制了采用地震勘探方法得到复杂地质结构的能力，成为制约石油物探技术发展的主要瓶颈之一。随着高精度油气勘探技术的提高和油气勘探复杂程度的增加，地震检波器正在朝着低失真、高灵敏度，宽频带的方向发展，动态范围大、频率响应宽、等效输入噪声小、体积小、重量轻且抗电磁干扰能力强，满足高分辨率采集要求，是当前地震检波器发展的趋势。应用不同新技术、新材料的各种新型检波器开始出现。简支梁压电加速度地震检波器就是近年来出现的新型检波器。如图1所示，现有简支梁结构的压电检波器机芯，谐振频率大于600Hz，在压电晶体5的中间装配了一个质量体4，然后将压电晶体和质量体的组合体安装到外壳100上，最后用压盖101旋紧压紧压电晶片的边缘。压电晶片包括压电晶体上片51、压电晶体下片52，当机芯震动，受到向上的力时，由于惯性，中心质量块4向下运动，此时上片被弯曲压缩，下片被弯曲拉伸。同样道理，当机芯震动，受到向下的力时，由于惯性，中心质量块4向上运动，此时压电晶体上片51被弯曲拉伸，压电晶体下片52被弯曲压缩。压电晶体上片51、压电晶体下片52的表面分别产生异性电荷，输出电荷。同样道理，当机芯震动，受到向下的力时，由于惯性，中心质量块4向上运动，此时压电晶体上片51被弯曲拉伸，压电晶体下片52被弯曲压缩。压电晶体上片51、压电晶体下片52的表面分别产生异性电荷，输出电荷。现在简支梁结构的压电检波器机芯，质量体设计在机芯内部的中部。设计低频检波器机芯，需要降低机芯钢型耦合的谐振频率，在压电晶体K值不变的条件下(为了相同条件下保证机芯输出的灵敏度不变)，依据压电加速度检波器的谐振频率公式：公式中，Fn是压电加速度检波器的谐振频率，k是检波器等效刚度系数，m是质量体的质量，需要加大质量体的体积，现在简支梁结构机芯的内部空间有限，结构上不太好实现，导致机芯谐振频率高、压电晶体不易弯曲、不易接收低频率的信号。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，为克服现有压电地震检波器机芯谐振频率低，压电晶体易弯曲，易接收低频率的信号的问题。本专利技术采用的技术方案如下。一种环形悬臂梁压电检波器机芯,包括中心轴及安装在中心轴的径向外周表面上的基片，基片上安装有压电晶片，压电晶片上引出输出导线以进行信号的输出；基片的远离中心轴端连接有质量体；质量体的重心通过中心轴的中轴线；基片的顶面垂直于中心轴的中轴线。作为优选技术方案，中心轴的径向外周表面上安装有圆环柱体状的基片；基片的径向外周表面连接有圆环柱体状的质量体；质量体、基片、中心轴的中轴线在同一直线上。作为优选技术方案，压电晶片包括圆环柱体状的压电晶体上片、圆环柱体状的压电晶体下片；压电晶体上片、压电晶体下片分别连接在基片的顶面、底面上；压电晶体上片、压电晶体下片分别引出输出导线以进行信号的输出，或者，压电晶片仅包括圆环柱体状的压电晶体上片，压电晶体上片连接在基片的顶面上；压电晶体上片引出输出导线以进行信号的输出，或者，压电晶片仅包括圆环柱体状的压电晶体下片，压电晶体下片连接在基片的底面上；压电晶体下片引出输出导线以进行信号的输出。作为优选技术方案，质量体的中轴线、基片的中轴线、压电晶体下片的中轴线、压电晶体上片的中轴线、中心轴的中轴线在同一直线上。作为优选技术方案，质量体的内孔的直径大于压电晶体下片、压电晶体上片的外径。作为优选技术方案，中心轴的顶端设有顶帽；中心轴的底端的径向外周上螺纹连接有压紧螺母；基片安装在中心轴的径向外周表面上顶帽与压紧螺母之间。作为优选技术方案，顶帽的形心上设有开口向上的盲孔；盲孔连接有水平通孔；输出导线的顶端穿过所述水平通孔且顶端位于盲孔的顶端以上。作为优选技术方案，中心轴的径向外周表面上自上而下依次次套装有上引线片、绝缘片、下引线片、上导电片、压电晶体上片、基片、压电晶体下片、下导电片、压紧螺母；上引线片、下引线片分别引出输出导线以进行信号的输出。作为优选技术方案，所述质量体包括连接在一起的上质量体环、下质量体环，基片的远离中心轴端夹持在上质量体环、下质量体环之间。作为优选技术方案，上质量体环、下质量体环之间螺纹连接。作为优选技术方案，上质量体环、下质量体环之间设有两个绝缘的间隔环；基片的远离中心轴端与位于两间隔环之间。作为优选技术方案，基片是铜制的基片。作为优选技术方案，中心轴为不锈钢制成的中心轴，中心轴的压紧螺母6以上部分的螺纹处覆有绝缘材料。本专利技术的有益效果是：由于压电晶体的中心被固结，环形的质量体设计在压电晶体基片的边缘上，可以在简支梁结构机芯的内部空间有限的情况最大限度的提高质量体质量，质量体机芯谐振频率低，压电晶体易弯曲，易接收低频率的信号。基于本专利技术的检波器，具有灵敏度高、动态范围宽、轻便耐用等优点，由于在水平方向上差异小，抗干扰能力更强，在陆上地震勘探、井下槽波地震勘探等领域应用更为可靠和广泛。附图说明图1现有技术中简支梁结构的压电检波器机芯的结构示意图。图2是本专利技术环形悬臂梁压电检波器机芯一较佳实施例的立体结构示意图。图3是图2所示环形悬臂梁压电检波器机芯的俯视图。图4是图3环形悬臂梁压电检波器机芯沿A-A’的剖视图。图5是图4的B部分的局部放大图。图6是图4的C部分的局部放大图。图7是图2所示环形悬臂梁压电检波器机芯的压电晶片与基片的连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环形悬臂梁压电检波器机芯,其特征在于：包括中心轴及安装在中心轴的径向外周表面上的基片，基片上安装有压电晶片，压电晶片上引出输出导线以进行信号的输出；基片的远离中心轴端连接有质量体；质量体的重心通过中心轴的中轴线；基片的顶面垂直于中心轴的中轴线。/n

【技术特征摘要】
1.一种环形悬臂梁压电检波器机芯,其特征在于：包括中心轴及安装在中心轴的径向外周表面上的基片，基片上安装有压电晶片，压电晶片上引出输出导线以进行信号的输出；基片的远离中心轴端连接有质量体；质量体的重心通过中心轴的中轴线；基片的顶面垂直于中心轴的中轴线。


2.如权利要求1所述的一种环形悬臂梁压电检波器机芯,其特征在于：中心轴的径向外周表面上安装有圆环柱体状的基片；基片的径向外周表面连接有圆环柱体状的质量体；质量体、基片、中心轴的中轴线在同一直线上。


3.如权利要求1所述的一种环形悬臂梁压电检波器机芯,其特征在于：压电晶片包括圆环柱体状的压电晶体上片、圆环柱体状的压电晶体下片；压电晶体上片、压电晶体下片分别连接在基片的顶面、底面上；压电晶体上片、压电晶体下片分别引出输出导线以进行信号的输出，或者，
压电晶片仅包括圆环柱体状的压电晶体上片，压电晶体上片连接在基片的顶面上；压电晶体上片引出输出导线以进行信号的输出，或者，
压电晶片仅包括圆环柱体状的压电晶体下片，压电晶体下片连接在基片的底面上；压电晶体下片引出输出导线以进行信号的输出。


4.如权利要求3所述的一种环形悬臂梁压电检波器机芯,其特征在于：质量体的中轴线、基片的中轴线、压电晶体下片的中轴线、压电晶体上片的中轴线、中心轴的中轴线在同一直线上。


5.如权利要求4所述的一种环形悬臂梁压电...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹国滨，刘斌，宁鹏鹏，庞海军，王春田，尚新民，魏继东，淡炳炯，徐美辉，井红星，徐钰，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化石油工程地球物理有限公司，中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司，
类型：发明
国别省市：北京;11